- 807 -

1. 머리말

본 포항시 신청사는 21세기에 적합한 다목적 기능을 갖춘 새로운 신청사로 양질의 행정서비스 제공과 문화휴식공간으로 활용되는 행정타운으로 이러한 이미지에 부합되는 설비적인 시스템과 기능을 부여할 수 있도록 설비계획에 역점을 두었다.

포항시 신청사는 본청사동, 의회청사동, 문화복지동으로 분할되어 건물이 운영되므로 부분부하시 효율적인 대응이 가능한 열원계획으로 냉열원 수축열 + 흡수식냉동기의 조합, 온열원 멀티유닛보일러 대수분할 등을 적용하였고, 건물내 에너지절약 및 일사부하저감 대책으로 고차폐유리, 수직․수평차양, 옥상녹화 등 건축계획으로 부하절감효과와 냉수대온도차방식, 냉온수 2차 순환펌프 인버터제어, 배기열회수용 전열교환기 설치 등 에너지절약이 가능한 시스템을 선정하였다. 또한, 친환경설비, 유지관리계획, 사용자에 대한 설비적 시스템 배려 등 행정청사의 기능에 적합한 설비시스템을 구축하였다.

2. 계획의 기본방향

2.1 건축개요

표 1 건축개요구 분 본청사(㎡) 의회청사(㎡) 문화복지(㎡) 합 계

지하층

3층 1,140.7 - - 1,140.72층 1,484.5 - 836.3 2,320.81층 2,479.3 1,575.3 1,532.4 5,587.0소계 5,104.5 1,575.3 2,368.7 9,048.5

지상층

1층 1,948.2 2,436.6 1,639.4 6,024.22층 2,115.2 883.5 1,489.8 4,488.53층 754.3 903.3 883.6 2,541.24층 1,125.2 1,090.4 - 2,215.6

5,7,9층 1,225.1 - - 1,225.16,8,10,12층 1,125.2 - - 1,125.2

11층 1,112.3 - - 1,112.313층 1,225.1 1,225.114층 776.4 - - 776.4소계 11,407 5,313.8 4,012.8 20,733.6

합 계 16,511.5 6,889.1 6,381.5 29,782.15,003평 2,087평 1,934평 9,025평

2.2 주변환경분석

1

9

58

18.7

5%

11.03%

10%

75

88

90

95

105

88 101

70

87

80

100 113

15

20

25

28

35

40

50

55

10

27 42

43

57

30 45

6964

6358

85

110

114 120 125 130

SUN

35~45

본청사 옥상정원

옥상정원

문화복지동F

의회청사

G

I

D

H

E

A

J

C

B

그림 1 배치계획

표 2 기후조건 및 에너지 시뮬레이션

• 부하의 중심에 중앙기계실을 설치 (행정청사동지하)• 행정청사동 사무실 각층 공조실 설치로 부하 대응에 용이

A 수직 수평 차양B 태양열 급탕C 옥상녹화D 가스경보시트E 중수처리F 상수도 소화전G 가스정압기H 수처리기I 합병처리 정화조J 볼슬립 조인트

• 기 상 조 건(1996 ~ 2000평균값)- 평균풍속 : 2.8m/s- 평균강수량 : 1,293.9mm- 일조시간 : 2182.3h

포항시 신청사 건설공사김 종 원 *

삼신설계주식회사 *

Pohang City Hall ConstructionJong Won Kim*†

* Sahm-Shin Engineers, 226-8, Yangjae-dong, Seocho-ku, Seoul 137-130, Korea

대한설비공학회 2003동계학술발표대회 논문집 pp. 807~813 2003-W-132

- 808 -

(a) 외기온 설계기준

구 분 건구온도(℃) 습구온도(WB ℃)여 름 32.5 26겨 울 -6.4 -10.3

(b) 에너지 시뮬레이션 기상데이터

포항지역 기상 데이터를 이용한DOE2 TRY 기상데이터

3. 친환경 및 에너지절약계획

표 3 에너지절약계획구분 적 용 항 목 기 대 효 과

건축

옥상 녹화 일사부하 및 외피부하저감차양(수직차양 및 수직차양) 일사부하저감외피 기밀성 강화 침기, 누기방지

열원

심야전기이용 수축열시스템 피크부하감소 및 운전비절감냉온수 1, 2차 펌프2차펌프 인버터제어 부분부하 대응성향상멀티 유닛보일러대수제어 부분부하 대응성향상

공조

배기열 회수용 전열교환기 외기처리 에너지절감공조 공기 재이용 공조부하 저감으로에너지절감실별 FCU 제어 거주에 따른 운전로 에너지절감바닥 취출 거주역공조로 공조부하절감공조기팬 인버터제어 부하율에 따른 팬동력감소자연환기 및 외기냉방 공조 에너지절감CO2에 의한 외기량제어 외기처리 에너지절감

위생

중수이용 수자원보호 및 수도요금절감절수설비 수자원보호 및 수도요금절감부스터펌프 인버터제어 펌프동력감소태양열 급탕 급탕 부하 절감

4. 열원 및 공조시스템 비교분석

건물운영특성분석 ▶ 부하분석 ▶ 대안 선정 ▶ LCC 분석∙건물별사용 스케쥴분석∙건물별특성분석

∙건물별부하분석∙연간냉난방 에너지사용량 분석

∙열원및공조방식 대안선정 및 시스템비교분석

∙초기투자비, 에너지비용, 유지관리비 생애비용분석

4.1 건물운 특성 및 부하분석

표 4 건물특성분석 및 조닝

건 물특 성분 석

및조 닝

행정청사동 의회청사 문화복지시설복지 시설 공연장시설

∙상시사용 ∙상시사용+ 간헐사용 ∙상시사용 ∙간헐사용

∙행정업무∙대민업무

∙의원사무실∙회의 공간

∙유아관련실∙도서관

∙공연장 및 부대시설

건물별 최대부하비율

∙ 간헐부하 전체 부하중 10% 차지

표 5 부하분석(DOE)

부 하분 석(DOE)

건물별 일일 부하 분석

∙ 건물이 남서향으로 오후 5~6시경 전체 최대 부하가 나타남∙ 문화복지동 공연시 오후 4시~오후 10시 부하가 나타남

연간 에너지 소비량 분석

∙ 연간 총에너지 사용량 약 5,104MWh∙ 본청사가 전체 사용량의 약 68%를 나타냄∙ 겨울철에도 냉방부하가 나타남

4.2 열원설비

표 6 열원설비의 구성

구 분 용 량 형 식 비 고

냉열원

수축용시스템 318USRT×1대 스크류냉동기 심야전기이용흡수식냉동기 360USRT×2대 증기구동 -냉각탑

수축용 350USRT×1대 직교류형 저소음형,부하별스텝제어흡수식용 600USRT×2대 직교류형

온열원

멀티유닛보일러 2t/h×5대 다관식태양열급탕 - 평판형 자연에너지

이용

- 809 -

수축열시스템 구성

∙ 저속디퓨져에 의한 수축열조성층∙ 상온 스크류 냉동기로 운전절감∙ 장비안전성을 고려하여 감압밸브설치

멀티유닛 보일러

∙ 대수 분할에 따른 스텝 제어로 부분 부하에 효율적인 대응 및 에너지 절감∙ 설치공간 최소화

4.3 수축열 시스템의 경제성평가

표 7 대안별 LCC 분석결과 (단위 : 천원)

구 분 수축열 + 흡수식냉동기

빙축열 + 흡수식냉동기

초기투자비 546,570 685,620에너지비 3,422,767 3,629,955보수 교체비 557,533 683,940잔여가치 -80,071 -99,678유지관리비 161,914 203,106생애주기비용 4,608,713 5,102,943

∙ 수축열시스템이 빙축열시스템에 비해 생애비용 측면에서 약 9.7% 유리

∙ LCC 분석결과, 경제적이고 부하대응성이 우수하고 생애비용이 절감되는 수축열+ 흡수식 냉동기 선정∙ 초기투자비, 에너지비용, 유지관리비 등 에서 수축열 시스템이 유리

4.4 온열원설비

표 8 온열원설비의 선정

구 분 멀티유닛 보일러

개요도

특 징∙ 저부하 및 부분 부하시 고효율∙ 설치면적이 적음∙ 시스템이 간단하며 제어, 조작 자동화∙ 교번 및 순차 제어와 고장 대응 용이

선 정 ●

구 분 노통연관식 보일러

개요도

특 징∙ 저부하시 운전 손실이 많음∙ 급격한 부하변동시 압력변동이 적음∙ 설치면적이 큼∙ 보유수량이 많아 증기발생시간이 길다.

선 정

- 810 -

운전효율

76

78

80

82

84

86

88

90

92

20 40 60 80 100부하율(%)

운전

효율

(90%

)

멀티유닛보일러

노통연관식보일러

LCC 분석

∙ 멀티유닛이 노통연관식에 비해 생애비용측면에서 약14.6% 유리

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

비용(백

만)

초기투자비 에너지비 보수교체비 유지관리비

멀티유닛보일러

노통연관식보일러

∙ LCC 분석결과, 경제적이고 부하 대응성이 우수하고 생애비용이 절감 되는 멀티유닛보일러 선정

5. 열원 및 공조설비 계획

5.1 열원 공급계획

표 9 열원공급 흐름▶ 냉 열 원 흐 름 도

스 크 류 냉 동 기

냉 수

수 축 열 조

C lo s e

냉 수

A H U , FC U본 청 사

A H U , FC U의 회 청 사

A H U , FC U문 화 복 지

A H U 가 습본 - 의 회 청 사

A H U 가 습문 화 복 지

공 급 헤 더

환 수 헤 더

증 기공 급 헤 더

주 방 기 기주 방

▶ 온 열 원 흐 름 도

A H U 본 청 사

A H U , FC U의 회 청 사

A H U , FC U문 화 복 지

F C U본 청 사

증 기 흡 수 식냉 동 기

멀 티 유 닛 보 일 러

열 교 환 기

감 압 변( 8 → 2 k g /㎠ )

4 ℃

1 3 ℃

감 압 변( 8 → 2 k g /㎠ )

O p e n

열 교 환 기

1-2차 펌프 시스템∙ 1차 펌프는 기계실 장비 순환하며 2차 펌프는 각 동별 부하에 대응

2차 펌프 인버터제어∙ 동별 2차 펌프는 인버터 제어로 부분 부하에 대응

멀티유닛 보일러∙ 부하에 따른 대수 제어로 부분 부하에 대응성 향상

5.2 열원 운전계획

표 10 열원 운전계획

냉열원

▶

전체 건물 사용시

∙ 운전비용이 낮은 열원부터 부하 담당 ․ 수축열조-흡수식 냉동기-수축냉동기

문화복지동 공연장시설(간헐부하) 사용시

∙ 수축열조의 운전으로만으로 부하 담당하여 경제적인 운전

온열원

▶

온열원 부하 분석 (겨울철)

∙ 난방, 급탕, 가습 등의 부하 발생처에 대수 제어에 의한 증기 공급

난방 운전시 부하율

∙ 멀티 유닛 보일러의 대수분할 운전으로 고효율 운전

- 811 -

5.3 건축계획 부하절감

표 11 건축계획 부하절감

고차폐 유리

∙ 칼라 복층 유리 적용∙ 연간 9.2% 에너지 절감

옥상녹화

∙ 행정청사, 문화복지동 적용∙ 연간 2.4% 에너지 절감

차양계획

∙ 행정청사동 수직, 수평 차양∙ 연간 12.6% 에너지 절감

5.4 공조방식

표 12 공조방식

구분 실명 실의특성 공조방식 비고

행정청사동

사무실 내․외주부부하처리 CAV+FCU

민원실 인원변동에대한 대비 CAV+FCU 전열교환에

의한부하절감대회의실 간헐사용,

공기질고려 All Air CAV CO2에 의한외기량 제어

의회청사동

본회의장 간헐사용,관람석공조 All Air CAV 냉난방시

기류확산조절의원사무실 실별FCU제어 CAV+FCU

문화복지동

강의실 내․외주부부하처리 CAV+FCU

보육시설 IAQ 향상 AHU+Panel난방

산소공급장치설치

서고열람실 내․외주부부하처리 CAV+FCU 실내소음저감

고려

6. 위생설비 계획

6.1 수자원 활용계획

표 13 중수처리 시스템중수이용 시스템

원 수 ∙ 세면기 배수, 샤워 배수처리용량 ∙ 100 ton/일처 리방 식

∙ 1차 처리 : 침사지 → 스크린 → 유량조절조∙ 2차처리 : 분리막반응조

용 도 ∙ 조경살수 용수로 이용 처리수질

5

15

5

20 0

165

20 0

0 50 10 0 150 20 0 250

BOD

C OD

SS

[mg/l]

중수처리수 원수

침지식분리막 처리공법 중수처리

∙ 환경신기술 제31호∙ 유지관리비 저렴∙ 처리공정 단순으로 설치면적 감소∙ 부하 및 수온 변동에 따른 대처기능이 우수∙ 무인자동화 운전구현으로 인건비 최소화

6.2 급수․급탕설비

표 14 급수․급탕 계통도급수 공급 계통도

급탕 공급 계통도

- 812 -

7. 자동제어 및 유지관리 계획

7.1 자동제어 시스템 구성

그림 2 자동제어 시스템의 구성

표 15 자동제어 시스템의 최적화

시스템 최적화

BAS Network(10Mbps)Notebook

방재센타

DDC

DDC

DDC

ROUTER

DDC

DDC

DDC

ROUTER

DDC

DDC

DDC

ROUTER

Internet

BAS Network(10Mbps)Notebook

방재센타방재센타

DDC

DDC

DDC

ROUTER

DDC

DDC

DDC

ROUTER

DDC

DDC

DDC

ROUTER

Internet

∙ 최신 표준화된 시스템 요소기술 적용으로 향후 시스템 확장 시 유연한 대처 가능∙ 공조 및 냉난방 제어, 전력/조명

자동제어가 각 시스템에서 상호 제어∙ OA(LAN) 통신망을 통한 자동제어

시스템 관제 ∙ 인터넷(Web)을 통한 원격 감시 제어

7.2 신기술․신공법 및 특수설비 계획

표 16 신기술․신공법

LCC 분석

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1 6 11 16 21 26 31 36 41

생애기간

생애

비용

(백만

원)

수축600USRT+흡냉360USRTx2

빙축600USRT+흡냉360USRTx2

∙ 공조시스템의 경제성평가 및 에너지절감 효과분석

CFD 시뮬레이션

∙ 공연장, 대회의실의 거주역 공조방식 검증

피난 시뮬레이션

∙ 화재시 피난경로 및 안전대피 검증

수충격 시뮬레이션

∙ 급수 배관내 펌프 단속시 수충격 해석

3차원 소음 시뮬레이션

∙ 공연장, 사무실 거주역 소음분포도 분석

3차원 연기 시뮬레이션

∙ 시간경과에 따른 화재연기 확산분포 분석

- 813 -

참고문헌

1. 공기조화위생공학편람 제 1, 2권, 공기조화냉

동공학회, 2002.

2. 공기조화위생공학, 초고층건축의 설비설계 최

신동향, 일본공기조화위생공학회, 2003. Vol.77 no.3

3. ASHRAE, ASHRAE Handbook of

Fundamentals, ASHRAE, 2001.

4. Dr. Stephen J.Kirk, Alphonse J. Dell'lsola,

Life Cycle Costing for Design Professionals

(New York : McGraw-Hill, 1995)

5. Design Guide for Cool Thermal Storage,

ASHRAE, 1993.

6. 수축열식 공조시스템, 공기조화냉동공학회,

1989, no.18, pp 427-436